水轮机课程设计说明书

四川大学

课程设计任务书

学院专业班课程名称

题目

任务起止日期：年月日～年月日

学生姓名学号

指导教师年月日

教研室主任年月日审查院长年月日批准

目录

第一章水轮机的选型设计 (1)

第二章水轮机运转特性曲线的绘制 (11)

第三章蜗壳设计 (14)

第四章尾水管设计 (17)

第四章心得总结 (19)

参考文献 (20)

第一章水轮机的选型设计

1.1 水轮机型号选定

一、水轮机型式的选择

根据原始资料，电站装机容量7MW，平均水头为33m，最大水头为39m，最小水头为28m。

水轮机的额定水头为Hr=0.9Hw=31.35M

根据资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式，又根据水轮机系列型普表中查出合适的机型有HL240型水轮机和ZZ440型水轮机两种。根据装机容量拟选两种型号的水轮机1,2台机组。

二、初步拟订型号机组台数并确定单机容量

根据以上分析初步拟定见表1-1

表1-1 初步拟定表

1.2 原型水轮机各方案主要参数的选择

按电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定四种方案后进行比较。

一、ZZ440型水轮机1台机组（方案一）

1、计算转轮直径

装机容量7000千瓦，水轮机的额定功率为

7000

P 7368()0.95

g

r

g p kw ===η

上式中：g p ——机组单机容量，kw

g η——同步发电机的效率，一般取95%-97%，此处取95%。

根据水轮机转轮型普推荐的最大单位流量110Q =1.653

/m s ，为使单位流量有一定的 余

量，取3%的储备，则额定工况的单位流量11r Q =1.65⨯0.97=1.63

/m s ,110115/min n r =，对

应的模型效率M η=0.83，暂取效率修正值Δη=0.03，η=0.83+0.03=0.86。则设计工况原型水轮机效率为86%。

m D H

Q P r

r

r 8.186

.035.316.181.97368

81.95

.15.1111=⨯⨯⨯=

=

η

根据我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》P9），选择转轮公称直径1D =3.3m 。

2、计算原型水轮机的效率

水轮机最高效率

01(1)(0.3P M η=--η+

1(10.88)(0.30.7=--+⨯

0.913=

水轮机在额定工况（20o

ϕ=+）是的最高效率

1(10.825)(0.30.70.872P ϕ

η=--+=

3、计算同步转速

根据水轮机转轮型普推荐的最优单位转速110n =115r/min ，单位转速修正值为

1101101101101)1)0.0210.03M M M M n n n n n ∇===< 符合要求，所以转速不用修正。所以

1

367.18/min 1.8

n r D =

=

=

根据水轮机设计，选取标准同步转速n=375r/min 。

4、计算水轮机的运行范围

水轮机设计流量

23111 1.24227.7/r r Q Q D m s ==⨯=

当n=375r/min 时，最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速

11min

68.6/min n r =

==

1176.5/min

r

n r ===

11max 80.9/min n r =

==

5、计算水轮机实际额定流量

水轮机在额定工况（20o

ϕ=+）的最高效率时单位流量为 3

112 1.52 1.2

17368 1.51/9.819.81 1.831.350.872

r r r p Q m s D H =

==η⨯⨯⨯

所以水轮机的实际额定流量为

23

111 1.51 1.827.39/r r Q Q D m s ==⨯=

6、 计算最大允许吸出高度

查得在额定工况下，模型水轮机的空化系数M σ=0.44.

根据该电站额定水头取∇σ=0.04 又根据数据由额定流量确定高程为∇=413.3m

10( 5.53900

s r H m ∇

=-

-σ+∇σ)H =-

7、实际的水轮机额定水头

因不同的D 1、ｎ与水能预算Hr 有差异

31.4m .872024.18.11.8973681.893

/22

3

/21121r

r =⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯⨯⨯=⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛=ηr Q D P H

8、计算轴向水推力

根据ZZ440的转轮轴向水推力系数表，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大值，故取

t K =0.9。所以水轮机转轮轴向水推力为：

22

2251max 9810()98100.9(1.80.9)39 6.141044

t h F K D d H N

ππ=-=⨯⨯⨯-⨯=⨯

二、HL240型水轮机1台机组(方案二)

1.计算转轮直径

水轮机的额定功率为

7000P 7368()0.95

g

r

g p kw ===η

查水轮机的转轮综合特性曲线可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流

量，11Q =1.24 3

m /s ，对应模型水轮机的效率为98%，暂取3%的修正值，这原型水轮机的效

率为92%。